(57)【要約】【課題】コイルエンドとハウジング又はケースの内壁との間の絶縁性を確保できる回転電機を提供する。【解決手段】周方向に並んだ複数のスロット２４を有する固定子鉄心２３２と、絶縁被膜を備えた矩形断面の導体で形成され、前記スロット２４に挿入される固定子巻線２３８とを有する固定子２３０を備え、前記固定子巻線２３８は前記固定子２３０の径方向外側に設けられた第１のセグメント移行曲げ部２４１ａと前記固定子の径方向内側に設けられた第２のセグメント移行曲げ部２４２ａを有し、第１のセグメント移行曲げ部２４１ａの層移行曲げ部角度θ１が、第２のセグメント移行曲げ部２４２ａの層移行曲げ部角度θ２より大きい回転電機。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に並んだ複数のスロットを有する固定子鉄心と、絶縁被膜を備えた矩形断面の導体で形成され、前記スロットに挿入される固定子巻線とを有する固定子を備える回転電機において、
前記固定子巻線は前記固定子の径方向外側に設けられた第１のセグメント移行曲げ部と前記固定子の径方向内側に設けられた第２のセグメント移行曲げ部を有し、
第１のセグメント移行曲げ部の層移行曲げ部角度が、第２のセグメント移行曲げ部の層移行曲げ部角度より大きい回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記第１のセグメント移行曲げ部又は前記第２のセグメント移行曲げ部の層移行曲げ部の折り曲げ中心と、スロットに挿入された各セグメントの脚部と脚部の中心とが異なっている回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機において、
前記第１のセグメント移行曲げ部又は前記第２のセグメント移行曲げ部の層移行曲げ部の折り曲げ中心と、Ｕ字部頂点の位置が異なっている回転電機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の回転電機において、
前記固定子巻線が型により成形される回転電機の固定子。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の回転電機において、
前記固定子鉄心が、ボルトを通す穴を有し、ハウジング又はケースにボルトにて取り付けられる回転電機。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の回転電機において、
前記固定子鉄心がハウジング又はケースに焼き嵌めされる回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両駆動用として用いられる回転電機は小型・高出力化が求められている。このため、占積率・出力向上を目的として平角線が使用されている。この場合の巻線方式として、平角線セグメントを用いた巻線方式がある。
【０００３】
この巻線方式は、Ｕ字状に成形された平角線を固定子鉄心に挿入し、固定子鉄心から突出した平角線直線部を周方向にそれぞれ捻ることにより、異なるスロットの平角線との接続を行う。ボルト通し穴を有する固定子コアをモータハウジング又はトランスミッションケースにボルトを用いて直付けする場合や、固定子をハウジングに焼き嵌めする場合は、ハウジング又はケースの内壁と固定子コア両端に位置するコイルエンドは近接することとなる。このような場合、平角線とハウジング又はケースの内壁との間の絶縁性に問題が生じることがある。
【０００４】
特開２００６−１４９０４９号公報（特許文献１）では、小セグメントに含まれるターン部が、この小セグメントの径方向幅とほぼ同じだけ導体素線を径方向にずらした第１のクランクを有しており、大セグメントのターン部が前記小セグメントの径方向幅の２倍の値を乗算し、さらに前記大セグメントの径方向幅を加算した値とほぼ同じだけ導体素線を径方向にずらしたクランク部を有した車両用回転電機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４９０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１にはセグメントを重ねて用いる場合にコイルエンドが径方向に膨らむことを防止する車両用回転電機について記載されているが、コイルエンドとハウジング又はケースとの絶縁性については記載されていない。
【０００７】
また、従来の平角線固定子では固定子コアにボルト穴があけられ、ハウジング又はケースに直接固定子コアを取り付ける方式では、ハウジング又はケースとコイルエンドが近接し、十分な絶縁性を確保できない場合がある。
【０００８】
そこで本発明は、コイルエンドとハウジング又はケースの内壁との間の絶縁性を確保できる回転電機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、周方向に並んだ複数のスロットを有する固定子鉄心と、絶縁被膜を備えた矩形断面の導体で形成され、前記スロットに挿入される固定子巻線とを有する固定子を備え、前記固定子巻線は前記固定子の径方向外側に設けられた第１のセグメント移行曲げ部と前記固定子の径方向内側に設けられた第２のセグメント移行曲げ部を有し、第１のセグメント移行曲げ部の層移行曲げ部角度が、第２のセグメント移行曲げ部の層移行曲げ部角度より大きくなるように回転電機を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コイルエンドとハウジング又はケースの内壁との間の絶縁性を確保できる回転電機を提供することができる。
【００１１】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の回転電機を搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成図。
【図２】図１の回転電機の断面図。
【図３】図２の固定子および回転子を示す断面図。
【図４】図２の固定子を示す斜視図。
【図５】平角線、中性線端部の端部剥離方法を示す図。
【図６】図２の固定子を軸方向垂直から見た図。
【図７】従来の固定子巻線形状を示す図。
【図８】本発明の固定子巻線形状を軸方向から見た図。
【図９】本発明の固定子巻線形状を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて実施例を説明する。
【００１４】
［第１の実施例］
本実施例の回転電機は、以下に説明するように、高出力・小型化が可能な平角線を用いることから、例えば、電気自動車の走行用モータとして好適である。本発明による回転電機は、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車や、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド自動車にも適用できる。以下ではハイブリッド自動車を例に説明する。
【００１５】
図１に示すように、ハイブリッド自動車の車両１００には、エンジン１２０と、第１、第２の回転電機２００、２０２と、高電圧のバッテリ１８０とが搭載されている。
【００１６】
バッテリ１８０は、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの２次電池で構成され、２５０ボルトから６００ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ１８０は、回転電機２００、２０２による駆動力が必要な場合には回転電機２００、２０２に直流電力を供給し、回生走行時には回転電機２００、２０２から直流電力が供給される。バッテリ１８０と回転電機２００、２０２との間の直流電力の授受は、電力変換装置６００を介して行われる。
【００１７】
また、図示していないが、車両には低電圧電力（例えば、１４ボルト系電力）を供給するバッテリが搭載されている。
【００１８】
エンジン１２０および回転電機２００、２０２による回転トルクは、変速機１３０とデファレンシャルギア１６０を介して前輪１１０に伝達される。
【００１９】
回転電機２００、２０２は略同様に構成されているので、以下、回転電機２００を代表として説明する。
【００２０】
図２に示すように、回転電機２００はハウジング２１２と、ハウジング２１２の内部に保持された固定子２３０とを有し、固定子２３０は固定子鉄心２３２と固定子巻線２３８とを備えている。固定子鉄心２３２の内側には、回転子２５０が空隙２２２を介して回転可能に保持されている。回転子２５０は、回転子鉄心２５２と、永久磁石２５４と、非磁性体のあて板２２６とを備えており、回転子鉄心２５２は円柱状のシャフト（回転軸体）２１８に固定されている。なお、この回転軸に沿う方向を「軸方向」、回転軸を中心とする回転方向を「周方向」、回転軸から周囲への放射方向（例えば図３において回転軸から永久磁石２５４へ向かう方向）を「径方向」と称する。
【００２１】
ハウジング２１２は、軸受２１６が設けられた一対のエンドブラケット２１４を有しており、シャフト２１８はこれらの軸受２１６により回転自在に保持されている。シャフト２１８には、回転子２５０の極の位置や回転速度を検出するレゾルバ２２４が設けられている。
【００２２】
図３は、図２のＡ−Ａ断面である。図３では、ハウジング２１２、固定子巻線２３８の記載を省略している。図３において、固定子鉄心２３２の内周側には、多数のスロット２４とティース２３６とが全周にわたって均等に配置されている。スロット２４内にはスロット絶縁（図示省略）が設けられ、固定子巻線２３８を構成するｕ相〜ｗ相の複数の相巻線が装着されている。本実施例では、固定子巻線２３８の巻き方として分布巻を採用している。
【００２３】
なお、図３では、スロットおよびティースの全てに符号を付すことはせず、代表して一部のティースとスロットにのみ符号を付した。
【００２４】
分布巻とは、複数のスロット２４を跨いで離間した２つのスロットに相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心２３２に巻かれる巻線方式である。本実施例では、巻線方式として分布巻を採用しているので、形成される磁束分布は正弦波状に近く、リラクタンストルクを得やすい。そのため、弱め界磁制御やリラクタンストルクを活用して、低回転速度だけでなく高回転速度までの広い回転数範囲についての制御が可能であり、電気自動車などのモータ特性を得るのに適している。
【００２５】
回転子鉄心２５２には、矩形の穴２５３が穿設されており、穴２５３には永久磁石２５４ａ、２５４ｂ（以下、代表して２５４）が埋め込まれ接着剤などで固定されている。穴２５３の周方向の幅は、永久磁石２５４の周方向の幅よりも大きく設定されており、永久磁石２５４の両側には磁気的空隙２５６が形成されている。磁気的空隙２５６は接着剤を埋め込んでも良いし、成型樹脂で永久磁石２５４と一体に固めても良い。永久磁石２５４は回転子２５０の界磁極として作用する。
【００２６】
永久磁石２５４の磁化方向は径方向を向いており、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。すなわち、永久磁石２５４ａの固定子側の面がＮ極、軸側の面がＳ極であったとすれば、隣の永久磁石２５４ｂの固定子側の面はＳ極、軸側の面はＮ極となっている。そして、これらの永久磁石２５４ａ、２５４ｂが周方向に交互に配置されている。本実施例では、各永久磁石２５４は等間隔に８個配置されており、回転子２５０は８極になっている。
【００２７】
回転子鉄心２５２の内周面には所定間隔でキー２５５が突設されている。一方、シャフト２１８の外周面にはキー溝２６１が凹設されている。キー２５５がキー溝２６１にすきま嵌めで嵌合され、回転子２５０からシャフト２１８に回転トルクが伝達される。
【００２８】
永久磁石２５４は、磁化した後に回転子鉄心２５２に埋め込んでも良いし、磁化する前に回転子鉄心２５２に挿入した後に強力な磁界を与えて磁化するようにしても良い。磁化後の永久磁石２５４は強力な磁石であり、回転子２５０に永久磁石２５４を固定する前に磁石を着磁すると、永久磁石２５４の固定時に回転子鉄心２５２との間に強力な吸引力が生じ、この吸引力が作業の妨げとなる。また強力な吸引力により、永久磁石２５４に鉄粉などのごみが付着する恐れがある。そのため、永久磁石２５４を回転子鉄心２５２に挿入した後に磁化する方が、回転電機の生産性が向上する。
【００２９】
なお、以上の説明では回転電機２００、２０２の両者が第１の実施例によるものとしたが、一方の回転電機２００又は２０２のみを第１の実施例とし、他方については、その他の構成を採用してもよい。
【００３０】
図４では図２、図３で示した固定子２３０の斜視図である。固定子巻線２３８は平角線であり、本実施例では平角線を予め型などを用いてＵ字部（ターン部）２４０を成形し、スロット絶縁２３５を備えた固定子鉄心２３２に軸方向から挿入する。このとき、複数のスロット２４を跨いで離間した２つのスロットに直線部が挿入される。なお、図４では溶接側コイルエンド２３９ｂは捻り成形した後の図であり、口出し線および中性線などは図示せず省略した。
【００３１】
上記の実施例は一例であり、その他別の方法がある。例えば、コイルをローラーにより所定の距離だけ送り、決められた位置でピン等を用いて所定の角度に折り曲げる。これを繰り返すことにより、上記型で成形したコイル形状と同様の形状を得ることができる。成形後、上記と同様に固定子鉄心２３２に軸方向から直線部をスロット２４に挿入する。この場合、固定子巻線２３８のＵ字部２４０は型で成形されず、ピン等により折り曲げられることにより成形される。
【００３２】
本実施例ではコイルエンド２３９ｂ先端部の絶縁皮膜を図５に示すプレスによって皮膜除去を行っている。皮膜の除去方法は図５に示す方法以外にも薬品を使用する方法など幾つか存在するが、本実施例ではプレスによる剥離方法について述べる。
【００３３】
図５に示すように本実施例で行う剥離方法は、剥離時に位置を固定するガイド２７０にＵ字に成形した平角線２７３、又は成形前の平角線２７３を通す。ガイド２７０の先には上型２７１と下型２７２が設けられており、上型２７１を下方向にプレスすることにより、平角線２７３の導体部を含め絶縁皮膜を除去し、剥離部を形成する。この場合、剥離部は絶縁皮膜を備えた非剥離部よりも細くなる。
【００３４】
図６に固定子２３０を径方向から見た図を示す。同図のように外列巻線２４１は固定子鉄心２３２より突出し、折り返し側コイルエンド２３９ａのＵ字部２４０に行くにつれ、径方向外側に広がっていることがわかる。これは折り返し側コイルエンド２３９ａの軸方向高さを抑えるため、コイル間の隙間を確保するために実施している。
【００３５】
また、溶接側コイルエンド２３９ｂにおいても図６では径方向に広げているが、これも上記と同じ考えである。しかし、軸方向高さおよびコイル間隙間が十分に確保できている場合は、どちらのコイルエンドにおいても必ずしも径方向に広げる必要はない。
【００３６】
上記のように多くの場合、折り返し側コイルエンド２３９ａのＵ字部２４０は径方向に広がっており、特に外列巻線２４１は内列巻線２４２よりも径方向外側へ広がることとなる。
【００３７】
固定子２３０は通常、ハウジングやトランスミッションケースなどに取り付けられる。取り付け方法は固定子鉄心２３２を焼き嵌める方法や固定子鉄心２３２にボルト通し穴が設けられ直接ボルト締めする方法などがある。このようにハウジングなどに取り付けられた場合、図２で示したようにハウジング内壁とコイルエンド２３９は近接することとなる。
【００３８】
特に、ハウジング内壁と外列巻線２４１は最も近接しており、十分な距離が確保できていない場合、その絶縁性に問題が生じることがある。
【００３９】
上記の問題を解決するためには外列巻線２４１と近接するハウジング内径を大きくすれば良いが、必要以上にハウジング外径が大きくなってしまう可能性がある。特にスペースに厳しいハイブリッド自動車用の回転電機などでは、他部品と干渉してしまう可能性がある。
【００４０】
従来の外列巻線２４１は図７で示すように、内列巻線２４２と外列巻線２４１の両セグメント移行曲げ部２４１ａ、２４２ａの中心線２４１０ａ、２４２０ａと、両巻線の中心線Ｂとのなす角度（層移行曲げ部角度）θ１、θ２は同じであった。この場合、内列巻線２４２と外列巻線２４１のセグメント移行曲げ部２４１ａ、２４２ａの絶縁強度はほぼ同等となる。
【００４１】
このときのコイル間隙間を比べると、外列巻線２４１の方が径方向外側に位置しているためコイル間隙間は内列巻線２４２よりも多くなるが、絶縁性を考えた場合、内列巻線２４２と同じ隙間を確保できれば良い。
【００４２】
本発明の特徴は図８に示すように内列巻線２４２の層移行曲げ部角度θ２よりも外列巻線２４１の層移行曲げ部角度θ１のほうが大きいことである。これにより、セグメント移行曲げ部２４１ａ、２４２ａの絶縁強度は内列巻線２４２よりも外列巻線２４１のほうが高くすることができる。
【００４３】
よって、ハウジング内壁に最も近接する外列巻線２４１の絶縁強度を高めることができるため、ハウジング内壁と外列巻線２４１との絶縁性で問題が生じる可能性を低くすることができる。
【００４４】
しかしながら、層移行曲げ部角度θ１を大きくすることで外列巻線２４１同士のコイル間隙間が不均一になってしまう。そこで図９に示すようにセグメント移行部中心２８０とスロットに挿入される脚部と脚部の脚部間中心２８１の位置をずらすことによってコイル間隙間を微調整することができる。また、セグメント移行部中心２８０とＵ字部頂点位置２８２の位置をずらしても同様の効果を得ることができる。
【００４５】
図９では、脚部と脚部の脚部間中心２８１またはＵ字部頂点位置２８２との位置をずらすセグメント移行部中心２８０は外列巻線２４１のものを例示したが、内列巻線２４２のセグメント移行部中心をずらしても良い。
【００４６】
なお、前述の内列巻線２４２と外列巻線２４１の中心線Ｂは、内列巻線２４２と外列巻線２４１のそれぞれの脚部と脚部の脚部間中心２８１を結んだ線である。
【００４７】
上記を適用することによって、内列巻線２４２と同等のコイル間隙間となるような層移行曲げ部角度θ１を設定することができる。これにより、層移行曲げ部角度θ２よりも層移行曲げ部角度θ１を大きくでき、外列巻線２４１とハウジング内壁との絶縁性を高めることができる。さらに、外列巻線２４１のコイル間隙間は内列巻線２４２と同等にできることから、巻線間の絶縁性は低下しない。
【００４８】
以上の説明ではそれぞれ巻線を図示していたが、巻線形状は何ら限定しない。  
以上、車両駆動用のモータを例に説明したが、本発明は、車両駆動用に限らず種々のモータにも適用することができる。さらに、モータに限らず、発電機などの種々の回転電機に適用が可能である。また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。すなわち、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
２４  スロット
１００  車両
１１０  前輪
１２０  エンジン
１３０  変速機
１６０  デファレンシャルギア
１８０  バッテリ
２００、２０２  回転電機
２１２  ハウジング
２１４  エンドブラケット
２１６  軸受
２１８  シャフト
２２２  空隙
２２４  レゾルバ
２２６  あて板
２３０  固定子
２３２  固定子鉄心
２３５  スロット絶縁
２３６  ティース
２３８  固定子巻線
２３９  コイルエンド
２４０  Ｕ字部
２４１  外列巻線
２４２  内列巻線
２５０  回転子
２５２  回転子鉄心
２５３  穴
２５４  永久磁石
２５５  キー
２５６  磁気的空隙
２６１  キー溝
２７０  ガイド
２７１  上型
２７２  下型
２７３  平角線
２８０  セグメント移行部中心
２８１  脚部間中心
２８２  Ｕ字部頂点位置
６００  電力変換装置
θ１、θ２  層移行曲げ部角度
【図１】
2013198380.tif 000003
【図２】
2013198380.tif 000004
【図３】
2013198380.tif 000005
【図４】
2013198380.tif 000006
【図５】
2013198380.tif 000007
【図６】
2013198380.tif 000008
【図７】
2013198380.tif 000009
【図８】
2013198380.tif 000010
【図９】
2013198380.tif 000011